冶金化工设备氢腐蚀研究分析及其抑制措施

2018-02-28张宏

世界有色金属 2018年23期

张宏

（甘肃工业职业技术学院，甘肃天水 741000）

冶金化工设备是冶金化工产业的重要组成部分，在冶金化工产业的发展过程中，对冶金化工设备进行日常维护是一项很重要的任务[1]。虽然相关工作人员会定期对冶金化工设备进行检修，但是冶金化工设备氢腐蚀问题还是会经常发生。冶金化工设备的氢腐蚀问题有着多方面的形成因素，形成过程比较复杂[2]。

针对冶金化工设备经常发生氢腐蚀现象，对冶金化工设备的氢腐蚀影响因素以及氢腐蚀类型进行深入的研究与分析,并在深入研究的基础上提出了几种抑制冶金化工设备氢腐蚀的措施。

1 冶金化工设备氢腐蚀研究

1.1 氢腐蚀因素

影响冶金化工设备氢腐蚀的因素主要有应力腐蚀、温度和压力、合金元素和杂质元素等[3]。其中应力腐蚀与氢脆是两种既相关又不同的现象。

在水溶液中发生应力腐蚀时,如果起决定性作用的是阴极过程析出的氢，那么这种破坏既是氢脆，又是应力腐蚀断裂。而在高压高温氢气中结构件的开裂,既是应力腐蚀断裂，又是氢脆。而温度、压力和暴露时间的影响也会导致产生氢腐蚀现象。

冶金化工设备产生氢蚀现象主要是由作用时间、冶金化工设备材料化学成分、温度、氢分压等因素造成的。压力的作用取决于设备内部混合气体中氢所具有的分压力，也取决于操作压力的高低。

而在产生冶金化工设备氢腐蚀现象的众多原因中，温度是最重要的原因。当温度足够高时，即使氢分压很低也很容易发生氢腐蚀。而冶金化工设备材料中含有Ta、Nb、Zr、Ti、V等金属元素时就很容易通过化学反应产生很多脆弱的氢化物,这些脆弱的氢化物会导致冶金化工设备材料产生塑性下降、韧性下降、脆性上升等性能方面的变化。在所有的冶金化工设备材料中，低合金材料的氢脆倾向是最严重的。

1.2 氢腐蚀类型

氢腐蚀现象会对冶金化工设备的各种性能都产生影响，而根据所产生的影响，冶金化工设备发生的氢腐蚀现象可以分为两种类型∶一种是冶金化工设备材料受到高压高温的影响发生氢作用后自身的材料组织产生了一些化学性质的变化,导致冶金化工设备材料变质以及设备性能减退,并且这种变化是不可逆的。另一种类型是冶金化工设备材料自身并没有发生变化，而原子氢在冶金化工设备材料中发生了溶解现象并在溶解过程中发生了缓慢变形，导致了脆性作用的发生，但这种现象通过静置或者真空加热是可以恢复的。冶金化工设备氢腐蚀形式常见的有氢蚀、氢脆、氢鼓包三种。其中氢蚀是在冶金化工设备材料内部氢原子与碳原子相遇，并且在高温高压环境下二者发生了化学反应的现象。而氢脆是氢原子在裂纹尖端不断渗透后,导致冶金化工设备材料的抗拉强度与延展性降低的现象。氢鼓包是氢原子在冶金化工设备的金属内部不断累积造成冶金化工设备发生局部变形以及因为内部压力不断导致上升冶金化工设备发生局部破坏的现象。

2 冶金化工设备氢腐蚀抑制措施

根据冶金化工设备氢腐蚀的机理以及氢腐蚀的类型,从结构设计、应力、材料、化工设备工作环境几个方面选择抑制冶金化工设备氢腐蚀的措施。结构设计抑制主要是通过对结构设计进行改进来防止腐蚀介质的富集。除此之外，电化学保护、涂层以及缓蚀剂也都可以用于抑制冶金化工设备氢腐蚀现象。

图1 含Mo、Ni的合金材料的氢腐蚀曲线

而通过应力抑制冶金化工设备氢腐蚀现象主要是通过消除残余应力达到避免氢脆叠加和应力腐蚀的目的。例如,冷加工后的焊件经过退火处理就可以消除残余应力从而避免设备产生腐蚀断裂现象。材料抑制主要是通过选用对氢脆不敏感的材料来抑制冶金化工设备氢腐蚀。例如选择含Mo、Ni的合金材料。含Mo、Ni的合金材料的氢腐蚀曲线如图1。

选择含Mo、Ni的合金材料能够很大程度上抑制冶金化工设备氢腐蚀。环境抑制的主要抑制措施有∶通过缓蚀剂消除冶金化工设备中的毒素介质，而当缓蚀剂无法消除冶金化工设备中的毒素介质时可以采用玻璃钢衬里、镍衬里、塑料保护层、橡胶衬里等保护措施或者选用氢渗透性低或者空穴少的冶金化工设备金属材料。